AT096-AULA-05

1ELEMENTOS ORGNICOS DE MQUINAS IELEMENTOS ORGNICOS DE MQUINAS IATAT--096096

Universidade Federal do ParanUniversidade Federal do ParanCurso de Engenharia Industrial MadeireiraCurso de Engenharia Industrial Madeireira

M.Sc. Alan Sulato de Andrade M.Sc. Alan Sulato de Andrade

[email protected]@ufpr.br

PROPRIEDADE DOS MATERIAISPROPRIEDADE DOS MATERIAIS

2PROPRIEDADE DOS MATERIAISPROPRIEDADE DOS MATERIAIS

INTRODUO:

Antes de iniciar o contedo, devemos lembrar querotineiramente assumimos que os materiais secomportam de forma homognea e isotrpica no queconcerne a suas propriedades. Porm, sabemos quena prtica, isto no ocorre.

Material homogneo: possui as mesmaspropriedades fsicas e mecnicas em todo o seuvolume;

Material isotrpico: possui essas mesmaspropriedades em todas as direes.


INTRODUO:

A seleo inadequada dos materiais a origem damaior proporo de falhas em projetos


INTRODUO:

Existe uma grande gama de propriedades visando aa caracterizao de qualquer material, dentre asprincipais, podemos citar: Fsicas, Trmicas, Qumicas, pticas, Magnticas, Eltricas, Mecnicas,


INTRODUO:

Algumas podem ser consideradas mais importantesque outras dependendo da forma de utilizao domaterial.No caso de projetos de elementos ou mquinascomplexas, as principais caractersticas a seremdeterminadas seriam quanto as propriedadesmecnicas do material do qual equipamento oudispositivo ser construdo.


INTRODUO:

Assim, a determinao e/ou conhecimento daspropriedades mecnicas imprescindvel para aescolha do material para uma determinada aplicao,bem como para o projeto e fabricao docomponente.

As propriedades mecnicas definem ocomportamento do material quando sujeitos esforos mecnicos, pois estas esto relacionadas capacidade do material de resistir ou transmitir estesesforos aplicados sem romper e sem se deformar deforma incontrolvel.


INTRODUO:

As propriedades mecnicas de um material sogeralmente determinadas por meio de testesdestrutivos ou no destrutivos (para alguns casos) deamostras sob condies controladas.Dentre varias condies de controle, podemosressaltar o controle da temperatura, umidade do ar,velocidade de carregamento, carga aplicada, tempode ensaio entre outros.


INTRODUO:

Tipos de ensaios: Quanto integridade:

Destrutivos, No-destrutivos Quanto velocidade de carregamento:

Estticos (Cargas aplicada de forma lenta emestado de equilbrio)

Dinmicos (carga aplicada de forma rpida oucclica)

Carga constante (Cargas aplicadas de formaextremamente lenta por longos perodos)


INTRODUO:

H inmeros tipos de ensaios que os materiaispodem ser submetidos, sendo que em muitos casosum mesmo teste pode fornecer dados sob uma oumais propriedades mecnicas. Porm, por melhorque seja as condies do ensaio, o resultado obtidono refletir exatamente o que voc obter quando oprojeto for colocado em servio.


INTRODUO:

A nica forma de solucionar esta situao seriaensaiando um prottipo real do sistema que vocprojetou, porm em muitos casos isto no seriapossvel (Invivel financeiramente). Vale lembrar que responsabilidade do engenheiro garantir asegurana de seu projeto.Ex.: Fabricantes de avies, automveis entre outrostestam o conjunto acabado sob condies deservios reais ou simuladas.


INTRODUO:

Hoje em dia, empresas fornecedoras de materiaisrealizam testes internos de qualidade dos materiais eoferecem ao mercado produtos com garantia ouselos de qualidade. Esta garantia informa porexemplo, valor mnimo de determinadaspropriedades que um determinado materialapresenta.


INTRODUO:

Na ausncia ou impossibilidade de realizar taistestes especficos, o engenheiro deve adaptar eaplicar dados de propriedades dos materiaispublicados de testes padronizados para a situaoespecfica. Diversas associaes definiram normaspara testar amostras e procedimentos de testes parauma variedade de medidas de propriedades demateriais (ABNT, ASTM, DIN).


INTRODUO:

Dentre os principais ensaios realizados, iremosressaltar alguns que so normalmente realizados nadeterminao das propriedades dos metais (ferrosose no-ferrosos), principal matria prima utilizada paraa construo de equipamentos e dispositivos:

Ensaio de Trao, Ensaio de Compresso, Ensaio de Flexo, Ensaio de Toro, Ensaio de Dureza.


ENSAIO DE TRAO:

O ensaio de trao um dos mais importantes testesdestrutivos para a determinao de propriedadesmecnicas. O procedimento de ensaio pode sersintetizado da seguinte forma: Um corpo de provapadronizado submetido uma carga de traoconstante e de forma lenta, sob a ao desta fora, ocorpo de prova comea a se deformar, a deformaoprogressiva do corpo de prova faz com que haja umadiminuio da rea da seo transversal de tal formaque este no suporta a carga aplicada e rompe-se.


ENSAIO DE TRAO:

Corpo de prova e equipamento utilizado no ensaio


ENSAIO DE TRAO:

Corpo de prova sendo ensaiado em equipamento

Deflectmetroeletrnico

AIncio

BInstantes antesdo rompimento


ENSAIO DE TRAO:

O ensaio de trao mostra como resultado, umacurva onde se relaciona a carga aplicada ( -tenso)e o alongamento do corpo de prova (-deformao).Nesta curva diversas propriedades quantitativas domaterial podem ser determinadas, como: Mxima tenso e deformao; Tenso e deformao de fratura; Tenso de escoamento; Limite de proporcionalidade e de elasticidade; Mdulo de elasticidade; Resilincia e tenacidade;

10


ENSAIO DE TRAO:


ENSAIO DE TRAO:

Diagrama de tenso e deformao

Prescede deformao plstica reversvel Desaparece quando a tenso

removida praticamente proporcional

tenso aplicada (obedece a lei deHooke)

provocada por tenses queultrapassam o limite deelasticidade

irreversvel porque resultadodo deslocamento permanente dostomos e portanto no desaparecequando a tenso removida

Elstica Plstica

11


ENSAIO DE TRAO:

Diagrama de tenso e deformao


ENSAIO DE TRAO:

Tenso: definida como sendo fora por unidade de rea epode ser determinada no corpo de prova como sendo:

Onde F a carga aplicada e A0 a rea inicial daseco transversal do corpo de prova.

0AF

=

12


ENSAIO DE TRAO:

Deformao: a mudana de comprimento por unidade decomprimento inicial e calculada como:

Onde l e l0 correspondem ao comprimento medido soba ao da fora e o inicial, respectivamente.

0

0

lll

=


ENSAIO DE TRAO:

Estrico: outra propriedade que define a deformao domaterial, e definida como:

Onde A e A0 so a rea medida sob a ao da fora ea inical, respectivamente.

0

0

AAA

=

13


ENSAIO DE TRAO:

Mdulo de elasticidade:O mdulo de elasticidade pode ser determinado naregio onde a tenso proporcional a deformao.Essa regio se encerra no limite de proporcionalidadee vlida a lei de Hooke. determinado pela razoentre a tenso e a deformao:

=E


ENSAIO DE TRAO:

Resilincia e tenacidade:Resilincia e a capacidade do material absorverenergia quando deformado elasticamente e devolv-laquando cessado o esforo. Devido segunda lei datermodinmica, impossvel recuperar toda a energiaabsorvida pelo material durante a fase decarregamento.

14


ENSAIO DE TRAO:

Resilincia e tenacidade:Tenacidade corresponde capacidade do materialdeformar-se plasticamente e absorver energia antesda ruptura.Ambas as propriedades podem ser obtidas integrando-se a curva tenso deformao, sendo a resilincia ato limite elstico e a tenacidade at a ruptura;


ENSAIO DE TRAO:

Ductilidade e fragilidade:A tendncia de um material a deformar-sesignificativamente antes de se romper uma medidade sua ductilidade. A ausncia de deformaosignificativa antes da ruptura chamada defragilidade.Em geral, materiais com mais de 5% de alongamentoaps a regio elstica e antes da ruptura soconsiderados dcteis. Sendo este valor menor que 5%o material pode ser considerado frgil.

15


ENSAIO DE TRAO:

Ductilidade e fragilidade:

Diagrama de tenso e deformao para material dctil (a) e frgil (b)

a b

Ex.: (a) Alumnio, (b) Concreto


ENSAIO DE TRAO:


16


ENSAIO DE TRAO:


Sobreposio dos diagrama de tenso e deformaopara material dctil e frgil


ENSAIO DE TRAO:


Ruptura dos corpos de prova no ensaio de traopara material dctil (a) e frgil (b)

a

b

17


ENSAIO DE TRAO:

Ductilidade e fragilidade:Os mesmos materiais podem apresentarcomportamento frgil ou dctil dependendo de comoso fabricados, trabalhados ou tratados termicamente.Essas propriedades so definidas pelo tipo de fraturae podem ser decisivas na escolha do material, porexemplo, em fuselagem de avio sempre desejvelutilizar um material dctil e no um frgil.


ENSAIO DE COMPRESSO:

Podemos observar o esforo de compresso naconstruo mecnica, principalmente em estruturas eem equipamentos como suportes, bases demquinas, barramentos etc.s vezes, a grande exigncia requerida para umprojeto a resistncia compresso. Nesses casos,o projetista deve especificar um material que possuaboa resistncia compresso, que no se deformefacilmente e que assegure boa preciso dimensionalquando solicitado por esforos de compresso.

18



O ensaio de compresso o mais indicado paraavaliar essas caractersticas.O ensaio de pode ser realizado com a mesmamquina que realiza o ensaio de trao, bastandosomente que se inverta o sentido de aplicao dacarga.Gerando basicamente as mesmas informaes doensaio de trao, porm aplicando uma carga decompresso no material.



Os corpos de prova para esse tipo de ensaiousualmente so cilindros cuja comprimento no deveexceder 6 vezes o dimetro para se evitar aflambagem. possvel obter diagramas tenso-deformao em algumas situaes.Muitas normas estabelecem um tempo de ensaio,evitando assim o auto esmagamento doequipamento.

19



Ensaio de compresso

Deflectmetroeletrnico



Materiais dcteis:Durante esse ensaio, os materiais dcteis no serompem mas se deformam continuamente at formaruma "bolacha" ou danificar a mquina. Usualmentetm resistncia a compresso semelhantes trao.Quando apresenta esse tipo de comportamento sochamado de materiais uniformes.

20



Materiais frgeis:Rompem-se durante o ensaio. A fratura caracterstica e se apresenta superfcie spera einclinada. Geralmente tm resistncia muito maior compresso que a trao. Quando apresentaresistncia a trao diferente da de compresso sochamados de materiais no uniformes.



Materiais dcteis e frgeis:

b

a

Ruptura dos corpos de prova no ensaio de compressopara material dctil (a) e frgil (b)

21


ENSAIO DE FLEXO:

Nesse tipo de ensaio uma barra simplesmenteapoiada em cada extremidade como uma viga carregada transversalmente no centro de seucomprimento at a falha ocorrer.Em algumas aplicaes industriais, envolvendomateriais de alta resistncia, muito importanteconhecer o comportamento do material quandosubmetido a esforos de flexo.


ENSAIO DE FLEXO:

Quando esta fora provoca somente umadeformao elstica no material, dizemos que setrata de um esforo de flexo. Quando produz umadeformao plstica, temos um esforo dedobramento.Isso quer dizer que, no fundo, flexo e dobramentoso etapas diferentes da aplicao de um mesmoesforo, sendo a flexo associada fase elstica e odobramento fase plstica.

22


ENSAIO DE FLEXO:

Equipamento utilizado no ensaio de flexo


ENSAIO DE FLEXO:

Demonstrao do ensaio de flexo e a distribuio das tenses internas

23


ENSAIO DE FLEXO:

Utilizao do conceito de linha neutra para produo de vigas estruturais.


ENSAIO DE FLEXO:

Se o material for dctil, no haver ruptura e a falha ser por escoamento.

Se o material for frgil, a viga se romper.

a b

Ruptura dos corpos de prova no ensaio de flexopara material dctil (a) e frgil (b)

24


ENSAIO DE TORO: Corpos de prova circulares so submetidos a

esforos de toro at se romperem a fim de obter aspropriedades de cisalhamento. Usualmente o corpode prova marcado com linha longitudinal parafacilitar a determinao do ngulo de rotao antesda ruptura. Com a anlise desta marca podedeterminar o tipo de comportamento do material.


ENSAIO DE TORO: Materiais dcteis e frgeis:

Em materiais dcteis haver linha formar umatrajetria helicoidal, em materiais frgeis a linhapermanecer reta;

ba

Ruptura dos corpos de prova no ensaio de toropara material dctil (a) e frgil (b)

25


ENSAIO DE TORO:

Equipamento utilizado no ensaio de toro


ENSAIO DE TORO: Resistncia de cisalhamento:

a resistncia a falha por cisalhamento do materiale determinada durante o ensaio. Pode serdeterminada calculando-se a tenso de cisalhamentoem um corpo de prova quando aplicado um torque.

Onde, a tenso de cisalhamento, r o raio docorpo de prova, l0 o comprimento, a rotao emradianos e G o mdulo de elasticidade transversal.

0lGr

=

26


ENSAIO DE TORO: Mdulo de rigidez transversal

o recproco do mdulo de elasticidade e pode ser definido como:

Onde E o mdulo de elasticidade, o coeficiente de Poisson (razo entre a deformao especfica lateral e longitudinal) sendo que para a maior parte do metais, fica em torno de 0.3 (Tabelado).

)1(2 vEG+

=


ENSAIO DE TORO:

Resistncia de cisalhamento:Como essa tenso diretamente proporcional aoraio, pode-se afirmar que ela mxima na periferia emnima no centro. Desta forma, durante o teste omaterial situado externamente j se encontra na faseplstica enquanto a poro interna ainda est naelstica. Desta forma, tubos de parede fina pode serconsiderado como um corpo de prova melhor paraeste tipo de ensaio do que uma barra macia,podendo dar uma medida melhor da resistncia aocisalhamento.

27


DUREZA:

Em princpio pode-se definir a dureza como aresistncia deformao permanente: por penetrao; absoro de energia sob carga dinmica; resistncia ao do risco, abraso ou ao corte.


DUREZA:

As principais caractersticas da determinao dadureza dos metais so: mtodo rpido; no destrutivo;

Permite avaliar: as condies de fabricao; tratamento das ligas metlicas; diferenas estruturais locais; influncia de elementos de lisa.

28


DUREZA:

Princpio do ensaio de dureza:A dureza obtida pela resistncia penetrao deum penetrador, que pode ser: esfera; pirmide; tronco de cone;

Os penetradores so usualmente feitos de metalduro, ao temperado ou diamante;Sendo forado a penetrar no material a ser ensaiadopela aplicao de uma carga esttica, provocam umaimpresso, assim da anlise da impresso chega-sea valor da dureza do material.


DUREZA:

Equipamento utilizado no ensaio de dureza

29


DUREZA BRINELL:

O ensaio consiste em aplicar uma carga esttica (P)com uma esfera de ao (dimetro D). Ao penetrar, aesfera imprime uma calota esfrica, de dimetroinferior ao do penetrador (d). Apresenta algumaslimitaes, no poder ser empregado em peas muitofinas e em materiais muito duros (ao durotemperado, metal duro e outros), mais duros ou dedureza idntica das esferas penetradoras, que sedeformariam durante a aplicao da carga.

22(2

dDDDPHbn

=

pi


DUREZA ROCKWELL:

O princpio de funcionamento o mesmo do Brinell,mas emprega outro penetrador. Outra distino aforma como a dureza mensurada, como um nmeroproporcional profundidade de penetrao. Noprocesso industrial h trs faixas principais de durezaRockwell (A, C e D) em funo da variao da cargaaplicada).

tHrw 500100 =

30


DUREZA VICKERS:

Este ensaio tem a vantagem em relao aos demaisde fornecer uma escala contnua de dureza para umadeterminada carga. Pode determinar a dureza demateriais muito moles at materiais extremamenteduros. O penetrador consiste de uma ponte dediamante com forma de pirmide de base quadrada engulo de vrtice de 136e as cargas variam de 10 a120 kgf;

272,1 dPHvk =

d


EXERCCIODesafio:

Identifique quais seriam as propriedades dos materiaismais importantes a serem levantadas na avaliaodas seguintes situaes: Estrutura de suporte de motor, Eixo de um motor, Trem de pouso de avio, Cabo para um guindaste, Prato de uma prensa hidrulica, Dentes de uma serra para madeira.

Documents

AT096-AULA-05